lecture7-2011 - ‫פרק - דיודה בממתח קדמי...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: ‫פרק - דיודה בממתח קדמי ואחורי‬ ‫הסבר איכותי לדיודה בממתח קדמי ואחורי:‬ ‫פילוג: פסי אנרגיה, פוטנציאל, שדה חשמלי וזרמים‬ ‫1‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫א. הסבר איכותי לדיודה בממתח קדמי‬ ‫ממתח קדמי‬ V d=V ‫שיווי משקל‬ F I=0 V= 0 W p _ p n + _+ n E E cp EfM q(V0 VF ) E fp qVF Ecn EfM Efn EfM EcM Ecp EfM qV0 E cn E fp Evp E vp Evn E vn ‫פוטנציאל‬ V p Vn (V 0 V F ) ‫פוטנציאל‬ Vn V0 Vp E(x) - x po x ‫ממתח קדמי‬ EfM E fn E(x) x no x ‫שיווי משקל‬ Eo ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ 2 ‫א. 1. היבט אנרגטי ופוטנציאל חשמלי:‬ ‫‪EfM‬‬ ‫‪E cn‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫) ‪q(V0 V F‬‬ ‫‪Efn‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪EfM‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪E vn‬‬ ‫‪‬מחוץ לשכבת המיחסור מניחים: שמפל המתח הוא אפס, הפוטנציאל קבוע, או התנגדות האיזור‬ ‫היא אפס. לכן, הפסים ישרים ואופקיים.‬ ‫‪‬אבל רמת פרמי של המתכת בצד ‪ P‬נמוכה מצד ‪ N‬כי הפוטנציאל בצד ‪ p‬גבוה מהפוטנציאל בצד ‪.n‬‬ ‫‪‬הפיצול ברמות פרמי הוא בגודל ‪). qVF‬בש"מ הרמות באותו גובה ולכן אופקיות כי המתח‬ ‫0=‪. (VF‬‬ ‫הפוטנציאל הוא שיקוף של האנרגיה לכן:‬ ‫מחסום הפוטנציאל יהיה בגודל )‪.q(V0-VF‬‬ ‫3‬ ‫‪Vn‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪Vo VF‬‬ ‫‪Vp‬‬ ‫א.2. היבט שדה חשמלי:‬ ‫‪Vd=VF‬‬ ‫בגלל הפעלת מתח חיצוני קדמי הוספנו‬ ‫שדה בכיוון הפוך מהשדה בשיווי משקל‬ ‫ולכן סה"כ השדה בשכבת המיחסור‬ ‫י קט ן .‬ ‫‪n‬‬ ‫+_‬ ‫‪E‬‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫)הערה: כתוצאה מכך מפל המתח על‬ ‫הצומת יקטן ולכן מחסום הפוטנציאל קטן‬ ‫והוא )‪.(Vo-VF‬‬ ‫‪x‬‬ ‫שיווי משקל‬ ‫א.3. היבט שכבת מיחסור:‬ ‫השדה החשמלי קטן כלומר פחות מטען יצר אותו ולכן שכבת המיחסור‬ ‫תקטן.‬ ‫נציב לתוך נוסחת ‪ W‬בש"מ במקום מחסום‬ ‫פוטנציאל ‪ , Vo‬את מחסום הפוטנציאל בממתח‬ ‫קדמי שהוא: ‪. Vo-VF‬‬ ‫4‬ ‫2‬ ‫1‬ ‫‪ 2ε ε‬‬ ‫1‪‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪W r o Vo VF ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪ NA ND ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪p‬‬ ‫ב. הסבר איכותי לדיודה במתח אחורי:‬ ‫‪V R V V‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪R‬‬ ‫‪n‬‬ ‫באופן דומה בממתח קדמי יתקבל:‬ ‫_‬ ‫+‬ ‫‪E‬‬ ‫‪ ‬מחסום האנרגיה גדל ושווה ל-) ‪. q(V0+VR‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫) ‪q(Vo VR‬‬ ‫‪ ‬מחסום הפוטנציאל גדל ) ‪. (V0+VR‬‬ ‫‪Ecn‬‬ ‫‪E fn‬‬ ‫‪ ‬הפיצול ברמות פרמי יהיה ‪. VR‬‬ ‫2‬ ‫5‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪qVR‬‬ ‫‪Vn‬‬ ‫‪Vo VR‬‬ ‫‪ ‬שכבת המחסור גדלה ושווה ל:‬ ‫1‬ ‫‪‬‬ ‫‪Evn‬‬ ‫‪ ‬השדה בשכבת המחסור: גדל.‬ ‫‪ 2ε ε‬‬ ‫1‪‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪W r o Vo VR ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬ ‫‪q‬‬ ‫‪ N A ND ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪Vp‬‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫‪VD=VF‬‬ ‫0=‪VD‬‬ ‫‪VD=-VR‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪x‬‬ ‫‪ E max‬‬ ‫‪VD VR‬‬ ‫‪VR‬‬ ‫1. היבט אנרגטי ופוטנציאל חשמלי:‬ ‫א. מחוץ לשכבת המיחסור פסי האנרגיה ישרים.‬ ‫ב. הפוטנציאל בצד ‪ p‬נמוך מהפוטנציאל‬ ‫בצד ‪ ,n‬ולכן פסי האנרגיה בצד ‪p‬‬ ‫יעלו ביחס לפסי האנרגיה בצד ‪.n‬‬ ‫יהיה פיצול ברמות פרמי בגודל ‪qVR‬‬ ‫ג. בתוך שכבת המיחסור יהיה כיפוף)פרבולי(‬ ‫של פסי אנרגיה.‬ ‫+_‬ ‫‪n‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫) ‪q(Vo VR‬‬ ‫‪Ecn‬‬ ‫‪E fn‬‬ ‫‪Evn‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪E fp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪qVR‬‬ ‫‪Vn‬‬ ‫ד. מחסום הפוטנציאל יהיה בגודל )‪.q(V0+VR‬‬ ‫6‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪Vo VR‬‬ ‫‪Vp‬‬ ‫2. היבט שדה חשמלי:‬ ‫בגלל הפעלת מתח חיצוני אחורי הוספנו שדה בכיוון‬ ‫השדה בשיווי משקל ולכן סה"כ השדה בשכבת המיחסור‬ ‫יגדל. כתוצאה מכך מפל המתח על הצומת יגדל גם הוא‬ ‫)‪ (Vo+VR‬ולכן מחסום הפוטנציאל גדול יותר.‬ ‫3. היבט שכבת מיחסור:‬ ‫שכבת המיחסור תגדל כי השדה‬ ‫החשמלי גדל, כלומר יותר מטען‬ ‫יצר אותו.‬ ‫2‬ ‫1‬ ‫‪VR‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪ 2ε r ε o ‬‬ ‫1‪‬‬ ‫‪1 ‬‬ ‫‪ Vo V R ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪N A N D ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫)‪E(x‬‬ ‫סיכום:‬ ‫‪VD=VF‬‬ ‫‪x‬‬ ‫0=‪VD‬‬ ‫‪VD=-VR‬‬ ‫7‬ ‫+_‬ ‫‪p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪ Emax‬‬ ‫ג. תנועת נושאי מטען‬ ‫ג.1 הסבר איכותי לתנועת דיפוזיה - תהליך הזרקה‬ ‫מתח קדמי‬ ‫מתח אחורי‬ ‫‪E cp‬‬ ‫‪Ecn‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪Ecn‬‬ ‫‪Evn‬‬ ‫שיווי משקל‬ ‫‪E cp‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪Evn‬‬ ‫‪E cp‬‬ ‫‪Ecn‬‬ ‫‪E vp‬‬ ‫‪Evn‬‬ ‫רק האלקטרונים בצד ‪ n‬שיש להם אנרגיה גדולה ממחסום הפוטנציאל יוכלו לבצע‬ ‫דיפוזיה מצד ‪ n‬לצד ‪. p‬‬ ‫)מהיבט אחר ניתן לומר שרק אלקטרונים בצד ‪ n‬שיכולים להתגבר על‬ ‫השדה החשמלי יוכלו לעבור בתהליך דיפוזיה לצד ‪.(p‬‬ ‫‪n‬‬ ‫+_‬ ‫‪E‬‬ ‫‪ ‬תוצאה: ככל שניתן מתח קדמי גדול יותר, מחסום הפוטנציאל יקטן וזרם‬ ‫הדיפוזיה יגדל.‬ ‫באופן דומה לגבי חורים שיבצעו דיפוזיה לצד ‪ . n‬יש לשים לב כי אנרגיית החורים‬ ‫גדולה ככל שהם נמוכים יותר.‬ ‫מבוא להתקנ קוראי פ תהלי א‬ ‫‪8 ‬לתהליך העברת נושאים בדיפוזיהי מל"מ - פרום' שלמה הבך הזרקה.‬ ‫‪p‬‬ ‫ג.2 זרם סחיפה‬ ‫ניתן להראות )לא נוכיח בקורס( שבקירוב זרם הסחיפה לא תלוי במתח‬ ‫הדיודה.‬ ‫ברירת המחדל בקורס:‬ ‫זרם הסחיפה יהיה קבוע ושווה בגודלו במתח קדמי, אחורי ובשיווי משקל.‬ ‫9‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫ג.3 סיכום איכותי:‬ ‫שיווימשקל‬ ‫1. בשיווי משקל סה"כ הזרם בדיודה הוא 0,‬ ‫זרם הדיפוזיה=זרם הסחיפה.‬ ‫2. במתח קדמי זרם הסחיפה הוא כמו‬ ‫בשיווי משקל, אבל זרם הדיפוזיה גדל‬ ‫עם המתח ויהיה הזרם הדומיננטי -‬ ‫בקירוב זרם הדיודה יהיה זרם הדיפוזיה.‬ ‫3. במתח אחורי זרם הסחיפה הוא כמו‬ ‫בשיווי משקל, אבל זרם הדיפוזיה אפסי‬ ‫וזניח ולכן במתח אחורי ניתן להניח‬ ‫שבקירוב זרם הדיודה הוא זרם הסחיפה.‬ ‫01‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫דיפוזיה ‪Jn‬‬ ‫סחיפה ‪Jn‬‬ ‫דיפוזיה ‪Jp‬‬ ‫סחיפה ‪Jp‬‬ ‫מתח קדמי‬ ‫דיפוזיה ‪Jn‬‬ ‫סחיפה ‪Jn‬‬ ‫דיפוזיה ‪Jp‬‬ ‫סחיפה ‪Jp‬‬ ‫מתח אחורי‬ ‫דיפוזיה ‪Jn‬‬ ‫סחיפה ‪Jn‬‬ ‫דיפוזיה ‪Jp‬‬ ‫סחיפה ‪Jp‬‬ ‫ד.1 מבוא‬ ‫ד. הזרקת נושאי מטען וחישוב ריכוז נושאי מיעוט‬ ‫בקצות שכבת המחסור‬ ‫ראינו שבממתח קדמי קיימת הזרקת נושאי‬ ‫מיעוט - חורים מצד ‪ P‬לצד ‪ N‬ואלקטרונים‬ ‫מצד ‪ N‬לצד ‪ , P‬מחוץ לשכבת המחסור.‬ ‫כתוצאה מכך יהיה פילוג לא אחיד של‬ ‫ריכוזי נושאי המיעוט ויתרחש תהליך‬ ‫דיפוזיה.‬ ‫בשלב ראשון נמצא את ריכוז נושאי המיעוט בקצה שכבת המחסור - עקב‬ ‫הזרקת נושאי מטען ) ‪.( n, p‬‬ ‫בשלב שני נמצא את פילוג נושאי המיעוט.‬ ‫נבצע ניתוח עבור הזרקת חורים מצד ‪ N‬לצד ‪) P‬הניתוח עבור אלקטרונים דומה(.‬ ‫11‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪n‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪ xpo 0 x no‬‬ ‫ד.2 סימונים:‬ ‫ריכוז חורים בשיווי משקל באיזור ‪ p‬מחוץ לשכבת‬ ‫המיחסור ובקצה שכבת המיחסור.‬ ‫‪p po N A‬‬ ‫)‪(1a‬‬ ‫2‪n i‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ND‬‬ ‫‪pno‬‬ ‫)‪(1b‬‬ ‫ריכוז חורים )נושאי מיעוט( בשיווי משקל באיזור ‪n‬‬ ‫מחוץ לשכבת המיחסור .‬ ‫) ‪p(-x po‬‬ ‫)‪(1c‬‬ ‫ריכוז חורים בקצה שכבת המיחסור באיזור ‪ p‬במתח‬ ‫קדמי.‬ ‫) ‪p(x n o‬‬ ‫)‪(1d‬‬ ‫ריכוז חורים בקצה שכבת המיחסור באיזור ‪n‬‬ ‫במתח קדמי.‬ ‫21‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫ד.3 חישוב ריכוז נושאי מיעוט בקצות שכבת המיחסור‬ ‫‪p‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪ xpo 0 xno‬‬ ‫‪ ‬בפרק הקודם למדנו כי בשיווי משקל מתקיים:‬ ‫‪KT N A N D‬‬ ‫‪ln‬‬ ‫‪q‬‬ ‫2‪n i‬‬ ‫‪Vo ‬‬ ‫)‪(2a‬‬ ‫‪qVo‬‬ ‫‪ e KT‬‬ ‫מנוסחאות ‪ 1a 1b‬נקבל‬ ‫‪p po p n o‬‬ ‫ע"י אנלוגיה ניתן לבצע הצבות ולקבל נוסחה עבור מתח קדמי.‬ ‫ההצבות: ‪ p( x p ) ; p n p(x n ) ; Vo Vo VF‬‬ ‫‪o‬‬ ‫ונקבל:‬ ‫‪o‬‬ ‫) ‪q(Vo VF‬‬ ‫‪) e KT‬‬ ‫) ‪q(Vo VF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪p po‬‬ ‫‪(3a) p(-x po ) p(x n o‬‬ ‫‪(3b) p(x n ) p(-x p ) e‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪ ‬כלומר ריכוז החורים המוזרק לצד ‪ N‬תלוי בריכוז צד ‪P‬‬ ‫31‬ ‫)‪(2b‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫) ‪q(Vo VF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪(3b) p(xn ) p(-x p ) e‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪o‬‬ ‫נשתמש בהנחה: קיימת הזרקה נמוכה, ולכן ריכוז החורים בצד ‪ p‬לא‬ ‫מושפע, כלומר:‬ ‫‪(3c) p(-x ) p‬‬ ‫‪po‬‬ ‫‪po‬‬ ‫ולכן מתוך )‪ (1c),(3b),(2a‬נקבל:‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪(4) p(x n o ) p n o e‬‬ ‫נוסחה זו מתארת את תהליך הזרקת החורים לצד ‪ .n‬ההזרקה‬ ‫גדלה עם הגדלת המתח הקדמי.‬ ‫41‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪(4) p(x n o ) p n o e‬‬ ‫עודף ריכוז חורים )בקצה שכבת המיחסור בצד ‪:(n‬‬ ‫)1 ‪‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪Δp p(x n )-p no p n (e‬‬ ‫‪o‬‬ ‫‪o‬‬ ‫)‪(5a‬‬ ‫באופן דומה: עודף ריכוז אלקטרונים ) בקצה שכבת המיחסור בצד ‪:( p‬‬ ‫)1 ‪‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪Δn n p o (e‬‬ ‫)‪(5b‬‬ ‫בקצה שכבת המחסור בצד ‪:N‬‬ ‫קיים עודף חורים בגודל‬ ‫‪Δp‬‬ ‫בקצה שכבת המחסור בצד ‪:p‬‬ ‫תאור גרפי עבור ‪ , NA>ND‬לכן תהיה‬ ‫הזרקת חורים גדולה מאלקטרונים.‬ ‫51‬ ‫קיים עודף חורים בגודל ‪Δ n‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫ה. פילוג עודף נושאי מיעוט מחוץ לשכבת המיחסור‬ ‫ה.1 פילוג נושאים בשיווי משקל 0=‪VF‬‬ ‫‪qV‬‬ ‫‪F‬‬ ‫0‪(eKT 1)‬‬ ‫2‬ ‫‪i‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪n p npo ‬‬ ‫‪ (5a) Δppno‬ריכוז האלקטרונים בצד ‪ p‬קבוע ושווה ל:‬ ‫‪NA‬‬ ‫‪qV‬‬ ‫‪F‬‬ ‫0‪(5b) Δnnpo (eKT 1)‬‬ ‫ריכוז החורים בצד ‪ n‬קבוע ושווה ל:‬ ‫‪xno‬‬ ‫0 ‪ xpo‬‬ ‫2‪n i‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ND‬‬ ‫‪p n p no‬‬ ‫תאור גרפי עבור ‪NA>ND‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪n‬‬ ‫) ‪p(x n‬‬ ‫) ‪n(x p‬‬ ‫‪p no‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫61‬ ‫‪n po‬‬ ‫הגדרנו מערכת צירים חדשה‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪xp‬‬ ‫ה.2 פילוג הנושאים במתח קדמי‬ ‫הנחות-תכונות:‬ ‫‪‬נטפל בדיודה אידאלית. בדיודה זו מניחים שצד ‪ n‬וצד ‪ p‬אינסופים.‬ ‫‪‬נטפל עבור מתח ‪ DC‬כלומר הזרקה קבועה בזמן.‬ ‫‪‬נבצע ניתוח עבור פילוג חורים בצד ‪).n‬ובאופן דומה ניתן לקבל עבור אלקט' בצד ‪.(P‬‬ ‫‪‬נבחר מערכות צירים חדשותלאזורים מחוץ לשכבת המיחסור . לצד ‪ (Xn) n‬ולצד ‪(Xp) p‬‬ ‫~‬ ‫~‬ ‫סיכום: צד ‪ n‬מחוץ לשכבת המיחסור הוא אינסופי כאשר בקצה אחד מזריקים באופן‬ ‫קבוע עודף חורים.‬ ‫~‬ ‫~‬ ‫‪n‬‬ ‫71‬ ‫‪p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫~‬ ‫~‬ ‫~‬ ‫~‬ ‫‪n‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪p‬‬ ‫ניתוח כמותי:‬ ‫לשם ניתוח כמותי נשתמש במשוואת הדיפוזיה במצב היציב:‬ ‫עודף ריכוז חורים יקיים את משוואת הדיפויה לפי:‬ ‫‪δp(x n 0) Δp‬‬ ‫‪‬‬ ‫0 ‪δp( ) ‬‬ ‫‪d 2 p(x) p‬‬ ‫)6(‬ ‫0‪ 2 ‬‬ ‫2‬ ‫‪dx‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫תנאי‬ ‫התחלה‬ ‫ניתן לראות כי הפתרון יהיה:‬ ‫נציב:‬ ‫ונקבל:‬ ‫81‬ ‫)1 ‪‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪qV F‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪Δp p n o (e‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪(7) p(x) Δp e‬‬ ‫)‪(5a‬‬ ‫‪p(x n ) p n o (e‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫)‪(8a‬‬ ‫עודף ריכוז חורים בצד ‪n‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪δp(x n ) p n o (e‬‬ ‫)‪(8a‬‬ ‫ריכוז החורים יהיה:‬ ‫ריכוז חורים בצד ‪n‬‬ ‫)‪(9a) p n (x) p n o δp(x‬‬ ‫תהליך דיפוזיה‬ ‫‪p no‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫91‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪pn‬‬ ‫‪p‬‬ ‫באותו אופן ניתן לבצע ניתוח עבור עודף ריכוז האלקטרונים בצד ‪p‬‬ ‫ולקבל בהתאמה:‬ ‫עודף ריכוז אלקטרונים‬ ‫בצד ‪p‬‬ ‫‪xp‬‬ ‫‪Ln‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪δn(x p ) n p o (e‬‬ ‫)‪(8b‬‬ ‫)‪(9b) n p (x) n p o δn(x‬‬ ‫ריכוז אלקטרונים בצד ‪p‬‬ ‫תאור גרפי עבור ‪NA>ND‬‬ ‫) ‪p(x n‬‬ ‫) ‪n(x p‬‬ ‫‪p no‬‬ ‫‪xn‬‬ ‫02‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪n po‬‬ ‫‪xp‬‬ ‫ו. משוואת רכיבי זרם הדיפוזיה:‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qV‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪(8a) δp(x ) pno (e‬‬ ‫‪n‬‬ ‫ו.1 זרם דיפוזיית חורים )בצד ‪:(n‬‬ ‫)) ‪d( p(x n‬‬ ‫‪I p (x n ) qADp‬‬ ‫‪dx‬‬ ‫נגזור את )‪ (8a‬ונקבל:‬ ‫‪xn‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪p n o (e‬‬ ‫‪Dp‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪I p (x n ) qA‬‬ ‫)01(‬ ‫)‪(10a‬‬ ‫ובאופן דומה זרם דיפוזיית אלקטרונים בצד ‪:p‬‬ ‫‪xp‬‬ ‫‪Ln‬‬ ‫12‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 1)e‬‬ ‫‪qVF‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪Dn‬‬ ‫‪I n (x p ) qA‬‬ ‫‪n p o (e‬‬ ‫‪Ln‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫)‪(10b‬‬ ‫ו.2 זרם כללי ומשוואת הדיודה:‬ ‫זרם הדיודה הכללי קבוע בכל מקום ושווה לזרם החורים וזרם‬ ‫האלקטרונים )שיזרמו באותו מקום(.‬ ‫)‪(11) I = I(x) I (x) I (x‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪D‬‬ ‫אבל, את זרם החורים מצאנו בדצ ‪ N‬והאלקטרונים בצד ‪ .P‬כלומר במקומות שונים.‬ ‫לשם פתרון נבחר את ‪ X‬בקצה שכבת מיחסור משתי סיבות שיובנו בהמשך.‬ ‫נבחר את הקצה בצד ‪: x n 0 , n‬‬ ‫)0 ‪ID Ip (xn 0) In (xn ‬‬ ‫איבר ‪b‬‬ ‫‪x no‬‬ ‫‪n‬‬ ‫22‬ ‫איבר ‪a‬‬ ‫0 ‪ x po‬‬ ‫‪p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫)21(‬ ‫)0 ‪ID Ip (xn 0) In (xn ‬‬ ‫איבר ‪b‬‬ ‫)21(‬ ‫איבר ‪a‬‬ ‫את איבר ‪ a‬אפשר לחשב מנוסחה )‪: (10a‬‬ ‫‪qV‬‬ ‫‪Dp‬‬ ‫)1 ‪I p (x n 0) qA p n (e KT ‬‬ ‫‪Lp‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪o‬‬ ‫)‪(12a=10a‬‬ ‫איבר ‪ b‬הוא פונקציה של ‪ xn‬אלקטרונים בצד ‪ N‬אבל מצאנו את ריכוז‬ ‫האלקט' בצד ‪) P‬נוסחה ‪ .(10b‬לכן נשתמש בהנחה)שתהיה ברירת מחדל(:‬ ‫כל אלקטרון שהגיע לקצה שכבת המיחסור בצד ‪ p‬יצא מקצה שכבת המיחסור בצד ‪.n‬‬ ‫כלומר בשכבת המיחסור אין איחוד או ייצור.‬ ‫לכן גודל הזרם האלקטרונים בקצות שכבת המיחסור יהיה שווה. כלומר:‬ ‫‪xno‬‬ ‫0 ‪ xpo‬‬ ‫)0 ‪I n (x n 0) I n (x p ‬‬ ‫‪n‬‬ ‫32‬ ‫‪p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫)‪(12b‬‬ xp qV (10b) F Dn KT I n (x p ) qA n p o (e 1)e L n Ln qV (12b) F Dn I n (x n 0) I n (x p 0) qA n p o (e KT 1) Ln :‫ נוסחת זרם הדיודה המתקבלת‬VD=VF ‫לסיכום: עבור מתח קדמי‬ Dp Dn npo )(e (13) I D qA( pno Ln Lp qVD KT 1) Io ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ 24 ‫פירוט פילוג רכיבי זרם )אלקטרונים,חורים וכללי( בצד ‪ N‬ובצד ‪.P‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪NA>ND‬‬ ‫+‬ ‫‪N‬‬ ‫‪x‬‬ ‫0‬ ‫‪JD‬‬ ‫)‪J (x‬‬ ‫-‬ ‫‪P‬‬ ‫‪p‬‬ ‫0‬ ‫)‪J (x‬‬ ‫‪JD‬‬ ‫) ‪Jp(x p‬‬ ‫) ‪Jn(x n‬‬ ‫) ‪Jp(x n‬‬ ‫52‬ ‫‪‬‬ ‫) ‪Jn(x p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪x‬‬ ‫דיודה צרה: דיודה שבה אורך צד ‪ P‬או ‪ N‬צר )כלומר בצד ‪L<<Lp :N‬‬ ‫או בצד ‪ L<<Ln :P‬וצד שני אינסופי.‬ ‫‪NA>ND‬‬ ‫‪n‬‬ ‫+‬ ‫‪N‬‬ ‫‪x‬‬ ‫-‬ ‫0‬ ‫‪L‬‬ ‫‪P‬‬ ‫‪p‬‬ ‫0‬ ‫) ‪δ n (x p‬‬ ‫) ‪δ p (x n‬‬ ‫‪Δp‬‬ ‫‪Δn‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪JD‬‬ ‫) ‪J (x‬‬ ‫) ‪J (x‬‬ ‫‪JD‬‬ ‫) ‪Jp (x p‬‬ ‫) ‪Jp (x n‬‬ ‫) ‪Jn (x n‬‬ ‫62‬ ‫‪‬‬ ‫) ‪Jn (x p‬‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫‪x‬‬ ‫‪x‬‬ ‫ז. דיודה במתח אחורי‬ ‫ניתן לבצע ניתוח דומה עבור מתח אחורי ותתקבל אותה משוואה.‬ ‫במקום הצבת ‪ VD=VF‬נציב ‪:VD=-VR‬‬ ‫)1 ‪‬‬ ‫‪qVR‬‬ ‫‪KT‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪I D I o (e‬‬ ‫ובהזנחת האיבר האקספוננציאלי נקבל: ‪. I D I o‬‬ ‫כלומר זרם הדיודה יהיה בקירוב קבוע ושווה ל ‪.Io‬‬ ‫הערה: במתח אחורי קיבלנו זרם קבוע שהוא בקירוב ‪, -Io‬‬ ‫אבל פיזיקלית ראינו שהזרם הדומיננטי הוא זרם סחיפה,‬ ‫ולכן ל ‪ Io‬אפשר לקרוא גם זרם סחיפה.‬ ‫72‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ‫סיכום:‬ ‫את משוואת הדיודה פיתחנו עבור ההנחות הבאות:‬ ‫1. מצב יציב - מתח ‪.DC‬‬ ‫2. צומת מדרגה - פילוג אחיד בצד ‪ n‬ובצד ‪.p‬‬ ‫3. מחוץ לשכבת המיחסור הפוטנציאל קבוע, או מפל המתח על האיזור‬ ‫הוא אפס )מעשית לחומר יש התנגדות נמוכה ולכן ההנחה נכונה(.‬ ‫4. הזרקה נמוכה, ריכוז החורים בצד ‪ p‬או ריכוז האלקטרונים בצד ‪ n‬קבוע.‬ ‫5. דיודה אינסופית.‬ ‫6. בשכבת המיחסור אין איחוד או ייצור.‬ ‫)אם היה איחוד אזי במשוואת הדיודה היה מתווסף מקדם‬ ‫‪qVD‬‬ ‫אידיאליות ‪ n‬גדול מאחד(.‬ ‫)1 ‪I D I o (e nKT ‬‬ ‫82‬ ‫מבוא להתקני מל"מ - פרופ' שלמה הבא‬ ...
View Full Document

Ask a homework question - tutors are online